Jak se testuje chování konstrukcí při výbuchu?

Letošní podzimní zasedání komise XI-E IIW (Mezinárodního svářečského institutu) hostila Velká Británie v prostorách společnosti Advantica, která se zabývá velmi důležitým výzkumem v oblasti řešení tlakových systémů, zejména životností, příčinami a následky porušení tlakových přepravních potrubí, jako jsou např. plynovody, ale i tlakové nádoby a produktovody.

Věnuje se i vývoji softwaru pro návrh a sledování těchto zařízení.

Zasedání proběhlo ve zkušebním středisku Spadeadam, asi 70 km od Newcastlu, v prostorách vojenské základny Britského královského letectva. Poznatky a  informace získané při reálných testech jsou nenahraditelnými daty pro návrhy bezpečných konstrukcí  a pro simulaci nebezpečných situací.

Testování odolnosti proti ohni

Problematikou odolnosti proti požáru se pracovníci střediska zabývají už více než 20 let. Jde zejména o výzkum hoření uhlovodíků a o schopnosti materiálů i konstrukcí tomuto hoření odolávat.

Příslušné zařízení obsahuje vysokotlaký zásobník zemního plynu (40 tun při tlaku 165 bar) a síť  podzemních potrubních rozvodů s regulačními ventily, což umožňuje řízeným způsobem simulovat skutečné požární zatížení. Jsou zde vertikální i horizontální plynové trysky, pomocí kterých lze směrovat tepelné působení. Typickými projekty jsou ověřování funkčnosti sprchových požárních systémů a pasovní protipožární ochrany při porušení plynových tlakových rozvodů. Zkapalněné uhlovodíky jako LNG, LPG a ropné deriváty jsou tlakově rozstřikovány samotné nebo ve směsi s plyny.

Zkoumáno bylo i chování kaluží LNG, LPG, metanolu a dalších podobných látek. Mezi typická měření patří měření výbušnosti a výhřevnosti, účinky teplot na konstrukce, na strukturu a vlastnosti materiálů, uvolňování emisí z materiálů při různých tepelných účincích. Pro ukončení hoření je testovací místo o velikosti 20 x 20 m vybaveno účinným hasicím systémem o výkonu 16 000 litrů za minutu, který má regulaci i k simulování účinnosti různých, v praxi využívaných systémů protipožární ochrany.

Zkoušení odolnosti potrubí vůči vzniku prasklin

Takovéto testování materiálů používaných pro potrubí se provádí zejména ve vztahu ke schopnosti odolávat šíření trhlin. Týká se to nejen ocelových, ale i plastových potrubí. Pro oba tyto materiály je ve středisku vytvořen testovací prostor, věrně simulující reálné vlivy na přepravní potrubí uložené v zemi. Plastová potrubí do průměru 700 mm se podrobují testům podle předpisů PL2 firmy Transco, ISO 13478, podle různých národních standardů či podle připravované prEN 1555. Plastová potrubí se zatěžují přetlakem až 40 bar. Získané zkušenosti jsou předávány na školeních pro distribuční společnosti.

Ocelová potrubí do průměru 900 mm lze zatížit přetlakem zemního plynu nebo směsí plynů o tlaku až 190 bar. Měřící aparatura umožňuje zaznamenat účinky prasknutí potrubí a dekomprese stlačeného plynu. Je testováno i porušení vlivem výbušnin a účinek výbuchu a hoření plynu z potrubí. Za rok je provedeno okolo 30 testů potrubí. Probíhaly zde i testy nových typů vysokopevnostních ocelí kategorie X100 před použitím na kanadském dálkovém plynovodu.

Zkoušení účinků výbuchu plynu

Toto testování je důležité pro získávání podrobných dat o účincích náhlého snížení vnějšího tlaku na potrubí v uzavřených prostorech a je zde možné též provádět. Jsou tu vyvinuty testovací komory o profilu 4,5 x 4,5 x 9 m nebo 12 x 8 x 28 m s variabilní jednou stěnou, která umožňuje regulovat časový účinek náhlého poklesu vnějšího tlaku ze 60 bar na 4 bary během 50 až 300 milisekund. Zvláště důležité to je pro testování offshore potrubí (umístěného na mořském dně). Komora zároveň umožňuje zkoušet různé protipožární panely, stěny apod.

Zkoušení účinků výbušnin o ekvivalentním účinku až 400 kg TNT je také jednou ze zkušebních procedur. Zkouší se zde nejen odolnost potrubí, ale i dveří, oken, stěn apod.

Autokláv pro korozní testy

Pro korozní a materiálové zkoušení je středisko vybaveno autoklávem značné velikosti, který umožňuje zkoušet korozní odolnost potrubí a jejich příslušenství v různých plynech včetně sirovodíku za běžných i zvýšených teplot a tlaků. Zkouší se zde i účinky inhibitorů, přidávaných dovnitř potrubí a provádí se porovnávání odolnosti různých materiálů. Testováno je potrubí až do průměru 900 mm délky až 30 m. Výzkum svařovaných potrubí je soustředěn převážně na sledování rozvoje vodíkem indukovaného praskání pod napětím a podobných účinků sulfidů.

Zkoušení tlakových komponentů

I tímto se středisko ve Spadeadamu zabývá. Jde tu o součásti potrubních systémů, jež jsou zatěžovány způsobem, který odpovídá normálním provozním podmínkám i podmínkám při mimořádných situacích. Těmi jsou zejména zvýšení tlaku vlivem vyšší teploty nebo naopak teploty nízké, tlakové rázy, dlouhodobé působení statického přetížení, korozní působení.

Význam získaných dat pro svařování

Data získávaná z testování jsou nesmírně cenná pro vývoj simulačních a konstrukčních programů, které společnost vyvíjí a jsou světově uznávané a ceněné. Z nich je pro technologii svařování možné získat důležité informace o chování tvarových spojů v kritických provozních podmínkách, které běžné zkoušky prováděné při kvalifikaci svářečských postupů nemohou nahradit.

Kvalifikace tlakových potrubí

Zasedání komise XI-E IIW řešilo též celou řadu dalších dlouhodobých úkolů komise IIW, mezi které patří i kvalifikace svařovacích postupů podle EN ISO 15614 a dalších norem této řady včetně normy EN 288-9, zabývajících se specificky kvalifikací tlakových potrubí, zavedená u nás jako ČSN EN 288-9: Zkouška postupu svařování tupých montážních svarů dálkových potrubí v červnu 2005. Tato norma má vlastní tabulku upravující rozsah kvalifikace podle složení materiálu, kde zvláště pro některé pevnostní oceli jsou rozsahy tak úzké, že stejná ocel různých taveb vyžaduje novou kvalifikaci. Většinový názor odborníků z praxe je, že i zde by mělo být rozlišení materiálových skupin podobné jako je v CR ISO 15608, doplněné o některé specifické požadavky.

ZDROJ:
Mádle, Luděk. Jak se testuje chování konstrukcí při výbuchu? In Technik, č. 11, 2005, s. 48 – 49.